RU2299492C1

RU2299492C1 - Spectrometric ionization chamber

Info

Publication number: RU2299492C1
Application number: RU2005126588/28A
Authority: RU
Inventors: Александр Викторович Сапрыгин (RU); Александр Викторович Сапрыгин; Виктор Эдуардович Залецкий (RU); Виктор Эдуардович Залецкий; Валерий Юрьевич Овчинников (RU); Валерий Юрьевич Овчинников
Original assignee: Федеральное государственное унитарное предприятие "УРАЛЬСКИЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ КОМБИНАТ"
Priority date: 2005-08-22
Filing date: 2005-08-22
Publication date: 2007-05-20
Also published as: RU2005126588A

Abstract

FIELD: recording ionizing radiation; metering alpha-particle energies.

SUBSTANCE: proposed spectrometric ionization chamber that enables measurement of spectrums of more than one alpha-particle sources including calibration source under similar conditions without intermediate charging of these sources into chamber and preparing the latter to operation has cathode made of similar flat rectangular sections symmetrically disposed relative to chamber axis which mount alpha-particle sources; these cathode sections are electrically insulated from each other and electric field of each cathode section fully covers ionization region produced by alpha-particle source mounted thereon.

EFFECT: enhanced measurement accuracy and productivity of ionization chamber.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области регистрации ионизирующего излучения и может найти применение для измерения энергий альфа-частиц.The invention relates to the field of registration of ionizing radiation and may find application for measuring alpha-particle energies.

Известна спектрометрическая ионизационная камера [1], состоящая из корпуса, цилиндрических катода с размещенным на нем источником альфа-излучения, анода и одного электрода, называемого сеткой, основным назначением которой является экранирование анода от влияния положительных ионов. С катода снимают электрические сигналы, дающие информацию об энергии альфа-частиц.Known spectrometric ionization chamber [1], consisting of a housing, a cylindrical cathode with an alpha radiation source placed on it, an anode and one electrode, called a grid, the main purpose of which is to shield the anode from the influence of positive ions. Electrical signals are removed from the cathode, giving information about the energy of alpha particles.

Известна также ионизационная камера [2], состоящая из корпуса, катода с размещенным на нем источником альфа-излучения, анода и одного электрода, называемого сеткой, причем катод имеет плоскую форму, а другие электроды - цилиндрическую или специальную форму.Also known is the ionization chamber [2], which consists of a housing, a cathode with an alpha radiation source placed on it, an anode and one electrode, called a grid, the cathode having a flat shape and other electrodes having a cylindrical or special shape.

Недостатками таких ионизационных камер является то, что ионизационные камеры с катодом цилиндрической формы дают стеночный эффект, являющийся причиной ухудшения энергетического разрешения и появления дополнительного «фона» в регистрируемом энергетическом спектре. Кроме того, как у цилиндрических камер, так и у камер с плоским катодом возникает погрешность в определении энергии альфа-частиц при измерении анализируемого источника ввиду различия условий измерений градуировочного и анализируемого источника из-за перезаполнения камеры рабочей газовой смесью или из-за различия в геометрических размерах градуировочного и анализируемого источника.The disadvantages of such ionization chambers are that ionization chambers with a cylindrical cathode give a wall effect, which causes a decrease in the energy resolution and the appearance of an additional “background” in the recorded energy spectrum. In addition, both cylindrical chambers and flat cathode chambers have an error in determining the energy of alpha particles when measuring the analyzed source due to the difference in the measurement conditions of the calibration and analyzed sources due to overfilling of the chamber with a working gas mixture or due to differences in geometric the size of the calibration and analyzed source.

Известны также ионизационные камеры [3], содержащие помимо указанных электродов кассету с источниками, расположенную вне чувствительного объема ионизационной камеры, и устройство подведения источника к катоду. Недостатками таких камер являются большие габаритные размеры, сложность конструкции и дезактивации.Also known are ionization chambers [3], which contain, in addition to the indicated electrodes, a cassette with sources located outside the sensitive volume of the ionization chamber and a device for supplying the source to the cathode. The disadvantages of such cameras are the large overall dimensions, the complexity of the design and decontamination.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению, принятому за прототип, является спектрометрическая ионизационная камера [4], состоящая из корпуса, заполненного рабочим газом, цилиндрических коаксиального катода, анода и вспомогательного электрода, экранирующий анод. На катод помещается источник альфа-частиц.Closest to the proposed invention, adopted as a prototype, is a spectrometric ionization chamber [4], consisting of a housing filled with a working gas, a cylindrical coaxial cathode, anode and an auxiliary electrode, a shielding anode. A source of alpha particles is placed at the cathode.

Такая камера обладает невысокой производительностью, т.к. для замены источника необходимо вскрыть ионизационную камеру, заменить источник альфа-частиц и вновь заполнить камеру рабочим газом, после чего произвести регистрацию альфа-частиц. При операциях по замене источника также нарушаются условия измерений источников и, как следствие, ухудшается точность градуировки камеры по энергиям альфа-частиц.Such a camera has a low performance, because To replace the source, it is necessary to open the ionization chamber, replace the source of alpha particles and refill the chamber with working gas, and then register alpha particles. When replacing a source, the measurement conditions of the sources are also violated and, as a result, the accuracy of the calibration of the chamber with respect to alpha-particle energies is deteriorated.

Целью настоящего изобретения является повышение точности и производительности измерений спектрометрической ионизационной камерой.The aim of the present invention is to improve the accuracy and performance of measurements by a spectrometric ionization chamber.

Поставленная цель достигается тем, что в спектрометрической ионизационной камере, содержащей корпус, заполненный рабочим газом, катод, на который помещается источник альфа-частиц, цилиндрические коаксиальные анод и вспомогательный электрод, катод разделен на одинаковые, симметрично расположенные относительно оси ионизационной камеры, плоские, электрически изолированные прямоугольные секции.This goal is achieved by the fact that in a spectrometric ionization chamber containing a housing filled with working gas, a cathode on which an alpha particle source is placed, a cylindrical coaxial anode and an auxiliary electrode, the cathode is divided into identical, symmetrically located relative to the axis of the ionization chamber, flat, electrically isolated rectangular sections.

На чертеже схематично изображена конструкция предлагаемой камеры. Камера состоит из корпуса 1, заполненного рабочим газом, цилиндрических коаксиальных анода 2 и вспомогательного электрода 3, катода, выполненного из плоских прямоугольных электрически изолированных секций 4.1-4.5 и источников 7 альфа-частиц. На чертеже показан вариант ионизационной камеры, катод которой разделен на пять секций.The drawing schematically shows the design of the proposed camera. The chamber consists of a housing 1 filled with a working gas, a cylindrical coaxial anode 2 and an auxiliary electrode 3, a cathode made of flat rectangular electrically isolated sections 4.1-4.5 and sources of 7 alpha particles. The drawing shows a variant of the ionization chamber, the cathode of which is divided into five sections.

Симметричное расположение секций катода камеры, при равных значениях рабочего напряжения на них, обеспечивает одинаковое распределение линий напряженности электрического поля, показанных линиями 5. При прямоугольной форме секций катода напряженность электрического поля остается постоянной вдоль направления, параллельного оси ионизационной камеры.The symmetrical arrangement of the sections of the cathode of the chamber, with equal values of the operating voltage on them, provides the same distribution of the lines of electric field strength shown by lines 5. With the rectangular shape of the sections of the cathode, the electric field strength remains constant along the direction parallel to the axis of the ionization chamber.

Размер и конфигурация секций катода и источников выбраны так, что электрическое поле, создаваемое какой-либо секцией катода, полностью перекрывало область ионизации, создаваемую расположенным на ней источником альфа-частиц. Границы области ионизации показаны штрихпунктирной линией 6. При этом испускаемые источником альфа-частицы не вызывают индукции электрического заряда на других секциях катода, и электрические сигналы возникают только на аноде и секции катода, с которой испущена альфа-частица.The size and configuration of the sections of the cathode and sources are chosen so that the electric field created by any section of the cathode completely overlaps the ionization region created by the source of alpha particles located on it. The boundaries of the ionization region are shown by dash-dotted line 6. In this case, the alpha particles emitted by the source do not induce electric charge in other sections of the cathode, and electrical signals appear only on the anode and section of the cathode with which the alpha particle is emitted.

Если на каждую секцию катода камеры одновременно поместить по одному источнику альфа-частиц, размеры которых удовлетворяют описанному выше условию, то на аноде 2 появятся импульсы от альфа-частиц всех источников, а на каждой секции катода - импульсы, соответствующие альфа-частицам расположенного на ней источника. Если регистрировать импульсы с анода, совпадающие по времени с импульсами с одной из секций катода, то результирующий энергетический спектр будет представлять только альфа-частицы, вылетевшие из источника, размещенного на этой секции катода. Производя последовательно регистрацию сигналов с анода, поочередно совпадающих по времени с сигналами с каждой секции катода, можно последовательно провести измерение спектров альфа-частиц источников, расположенных на каждой секции катода, без промежуточных операций загрузки источников в камеру и подготовки ее к работе. В частности, одним из источников альфа-частиц может быть градуировочный источник, и условия измерения градуировочного и анализируемого источников являются одинаковыми. Можно также регистрировать сигналы с анода в режиме антисовпадений по времени с сигналами с секции катода, на которую помещен градуировочный источник, при этом будет регистрироваться суммарный энергетический спектр альфа-частиц, испускаемых всеми помещенными в камеру анализируемыми источниками.If one alpha-particle source, the sizes of which satisfy the condition described above, is simultaneously placed on each section of the cathode of the chamber, then pulses from the alpha particles of all sources will appear on anode 2, and on each section of the cathode - pulses corresponding to the alpha particles located on it source. If we register pulses from the anode that coincide in time with pulses from one of the sections of the cathode, then the resulting energy spectrum will represent only alpha particles emitted from a source located on this section of the cathode. By sequentially recording signals from the anode, which coincide in time with the signals from each section of the cathode, it is possible to sequentially measure the spectra of alpha particles of the sources located on each section of the cathode, without intermediate operations of loading the sources into the chamber and preparing it for operation. In particular, a calibration source can be one of the sources of alpha particles, and the conditions for measuring the calibration and analysis sources are the same. It is also possible to register signals from the anode in the regime of anti-coincidence in time with signals from the cathode section on which the calibration source is placed, and the total energy spectrum of alpha particles emitted by all analyzed sources placed in the chamber will be recorded.

На макете описанной ионизационной камеры, которая содержала катод, разделенный на пять секций, была проведена последовательная регистрация альфа-частиц пяти источников. Линейные размеры секций катода были равны 11,5×13,0 см. Источники альфа-частиц приготавливались с диаметром активной области, равной 4,0 см. На первую секцию катода был помещен градуировочный источник, на остальные - исследуемые источники, приготовленные из радионуклидов, выделенных из проб урана. Время регистрации градуировочного образца было выбрано равным 5 минутам, исследуемых источников - по 60 минут. Суммарное время измерения всех источников, включая время на одновременное помещение всех источников в ионизационную камеру, и промежуточный вывод зарегистрированных спектров составило 280 минут. Аналогичные измерения спектров альфа-частиц этих источников на существующем ионизационном блоке детектирования составили 400 минут, т.е. на два часа больше.Alpha particles of five sources were sequentially recorded on a prototype of the described ionization chamber, which contained a cathode divided into five sections. The linear dimensions of the sections of the cathode were 11.5 × 13.0 cm. Sources of alpha particles were prepared with a diameter of the active region of 4.0 cm. A calibration source was placed on the first section of the cathode, and the remaining sources studied were prepared from radionuclides, isolated from uranium samples. The registration time of the calibration sample was chosen equal to 5 minutes, of the studied sources - 60 minutes each. The total measurement time of all sources, including the time for simultaneous placement of all sources in the ionization chamber, and the intermediate output of the recorded spectra was 280 minutes. Similar measurements of the spectra of alpha particles of these sources on the existing ionization detection unit amounted to 400 minutes, i.e. two hours more.

Таким образом, предложенная конструкция ионизационной камеры позволяет повысить производительность и точность измерений и градуировки за счет разделения катода на электрически изолированные секции, благодаря чему становится возможным провести измерение спектров альфа-частиц нескольких источников, в том числе градуировочного источника в одинаковых условиях, без промежуточных операций загрузки источников в камеру и подготовки ее к работе. Кроме того, т.к. градуировочный и анализируемый источник измеряется в одинаковых условиях, не возникает дополнительной погрешности в определении энергий альфа-частиц.Thus, the proposed design of the ionization chamber allows to increase the productivity and accuracy of measurements and calibration due to the separation of the cathode into electrically isolated sections, which makes it possible to measure the spectra of alpha particles of several sources, including a calibration source under the same conditions, without intermediate loading operations sources in the camera and preparing it for work. In addition, since the calibration and analyzed source is measured under the same conditions; there is no additional error in determining the energies of alpha particles.

Источники информацииInformation sources

1. Прикладная ядерная спектроскопия. Сборник статей. Выпуск 5. Москва. Атомиздат. 1975 г., стр.117.1. Applied nuclear spectroscopy. Digest of articles. Issue 5. Moscow. Atomizdat. 1975, p. 117.

2. Авторское свидетельство СССР №284815.2. USSR copyright certificate No. 284815.

3. Nucl. Instr. and Meth. V.29, №1 (1964) р.149.3. Nucl. Instr. and Meth. V.29, No. 1 (1964) p. 149.

4. Якунин М.И. Атомная энергия т.50, вып.5, 1981 г., стр.334-337 - прототип.4. Yakunin M.I. Atomic energy T.50, issue 5, 1981, pp. 344-337 - prototype.

Claims

A spectrometric ionization chamber, consisting of a housing filled with a working gas, a cathode, on which an alpha particle source, a cylindrical coaxial anode, and an auxiliary electrode, anode shielding, are placed, characterized in that the cathode is made of identical, rectangular, symmetrically located relative to the chamber axis sections electrically isolated from each other, while the electric field of each section of the cathode completely covers the ionization region created by the source located on it alpha particles.